ПЕДАЛЬНАЯ КЛАВИАТУРА "ГРАНД-ПЕДАЛЬ" Российский патент 2003 года по МПК G10B3/14 

Предлагаемое изобретение относится к музыкальным инструментам и предназначено для "живого", высокопрофессионального музицирования как в составе с другими музыкальными инструментами, так и без них.

В течение нескольких веков в практике исполнения музыкальных произведений использовались педальные (ножные) клавиатуры. Важно отметить, что речь идет не о вспомогательных педалях, меняющих характер звучания инструмента, как, например, левая и правая педали фортепиано, а о ножных клавишах, предназначенных для извлечения звуков, т. е. исполнения отдельных музыкальных партий.

Типичным примером музыкального инструмента, снабженного педальной клавиатурой, является духовой орган, который представляет собой сложную стационарную механико-акустическую систему, включающую трубы, воздухонагнетательный механизм, аппарат управления - кафедру, где размещается органист и где находится клавиатура для рук - мануал и клавиатура для ног - педаль.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является педальная клавиатура органа или сходные с ней по конструкции и функциональному назначению ножные клавиатуры электронных органов.

Педаль духового органа представляет собой набор ножных клавиш, расположенных в горизонтальной плоскости в соответствии с общими принципами компоновки клавиш мануала (двухуровневое распределение "черных" и "белых" клавиш) (см. фиг.6).

Педальная клавиатура имеет максимум 32 клавиши (2²/₃ октавы от "С" до g¹) для игры носком и каблуком. Ширина набора клавишных элементов составляет от 120 до 160 см. Каждому мануалу и педальной клавиатуре приданы определенные группы регистров. Педаль предназначена для исполнения музыкальных партий преимущественно одноголосного склада в диапазоне от ноты "До" большой октавы до ноты "Соль" первой октавы (менее трех октав).

От клавиатуры к трубам органа протягивается система передачи - трактура, обеспечивающая доступ воздушной струи от воздухонагнетательной системы к звуковоспроизводящим устройствам.

Наиболее распространена механическая трактура, которая передает энергию движения от клавиш к клапану, открывающему доступ воздуху в трубу, посредством большого количества тяжей, деревянных угольников, блоков и др.

С начала XX века в органах используется так называемая электропневматическая трактура, т.е. нажатием клавиши коммутируется электрическая цепь, управляющая клапанами подачи воздуха в органные трубы (см. "Музыкальная энциклопедия". - М.: "Советская энциклопедия", 1978 г., с.70-75).

Игра на педали духового органа требует широкоамплитудных движений ног в голеностопном, коленном и тазобедренном суставах, а также перемещения всего корпуса музыканта по плоскости сиденья с целью извлечения крайних нот указанного выше диапазона.

Основная задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - это создание нового музыкального инструмента, позволяющего расширить исполнительские возможности музыканта.

Техническим результатом от использования изобретения является увеличение звукового диапазона, возможность исполнения не только одноголосных и двухголосных мелодических построений, но и извлечения аккордов, включающих до шести одновременно звучащих нот (строение 5-ти и 6-ти звучных аккордов соответствует основным гармоническим функциям мажоро-минора, трезвучия и аккорды из четырех звуков могут иметь любую интервальную структуру), уменьшение размеров инструмента, повышение удобства игры на нем за счет снижения координационных трудностей ножного музицирования.

Поставленные технические задачи достигаются тем, что педальная клавиатура содержит педальную доску с набором клавиш, управляющих системой, приводящей в действие звучащее устройство.

В соответствии с изобретением педальная доска имеет вогнутую форму со стороны исполнителя. На ее рабочей поверхности расположены объединенные в горизонтальные и вертикальные ряды клавиши, выполненные в виде контактных пластин для извлечения звуков путем взаимодействия с контактным элементом.

Каждый из двух контактных элементов прикрепляется к подошве обуви исполнителя и представляет собой стержень с эластичным токопроводящим наконечником.

Каждая контактная пластина имеет коническое углубление к центру, токонепроводящую основу, на которой находятся, образуя промежутки между собой, главная контактная плоскость и контактные лепестки, расположенные по периметру пластины.

Набор клавиш состоит из двух абсолютно одинаковых массивов для извлечения звуков обеими ногами. Каждый из массивов расположен на плоскости, имеющей вогнутую форму, образованную пространственным сложением искривлений горизонтальных и вертикальных рядов клавиш, причем радиус кривизны горизонтальных рядов меньше радиуса кривизны вертикальных рядов, который возрастает от краев к центру каждого массива в соответствии с искривлением горизонтальных рядов.

Кроме того, горизонтальные ряды клавиш имеют двойную кривизну, выражающуюся в том, что центры образующих их клавиш расположены по дуге большего радиуса кривизны, а основания тех же клавиш - по дуге меньшего радиуса. Расширение исполнительских возможностей музыканта достигается за счет одновременной игры на "Гранд-педали" и любом другом "компактном" традиционном музыкальном инструменте (скрипка, флейта, гобой, гитара).

Увеличение звукового диапазона выражается в том, что с помощью предлагаемой педальной клавиатуры "Гранд-педаль" можно извлекать звуки в диапазоне шести октав - от ноты "До" контроктавы до ноты "Си" третьей октавы.

Помимо этого, компоновка клавиш на доске позволяет извлекать аккорды, включающие до шести одновременно звучащих звуков.

Важно отметить, что для извлечения аккордов не выделены какие-либо особые клавиши и не используются методы электронного или механического программирования.

Устройство самой контактной пластины, содержащей на токонепроводящей основе главную контактную плоскость и контактные лепестки, позволяет извлекать одновременно с основной нотой данной клавиши любую из восьми вышерасположенных нот в интервале от большой секунды до большой сексты.

Указанному выше диапазону в шесть октав соответствуют 72 клавиши, однако реальное количество клавиш с учетом их дублирования для облегчения процесса игры составляет 168 единиц (описываемое устройство содержит 168 клавишных элементов за счет их повторяемости, продиктованной эргономическими соображениями). При этом размеры рабочей поверхности педальной клавиатуры составляют всего 50•50 см.

Такая компактность возможна благодаря тому, что клавиши объединены в горизонтальные и вертикальные ряды, образуя квадратную форму педальной доски.

Кроме того, основными функциональными единицами педальной клавиатуры является неподвижная клавиша в виде контактной пластины и обувной контакт. Размещение на обуви исполнителя контактного элемента малой площади позволяет минимизировать габариты клавиши, не привязывая их к размерам стопы человека.

Дублирование для каждой ноги массива клавиш делает одинаково легким извлечение любой ноты как левой, так и правой ногой. Это позволяет эффективно использовать технику чередования движений стоп при исполнении подвижных мелодий, а также облегчает извлечение аккордов.

Сложная пространственная деформация каждого из массивов обеспечивает равноудаленное положение обувных контактов от контактных пластин, легкость доступа ко всем клавишам и органам управления, что требует минимального движения ног в коленных и голеностопных суставах.

Указанная деформация задается пространственным сложением искривлений горизонтальных и вертикальных рядов клавиш.

Благодаря этому "Гранд-педаль" идеально адаптирована к анатомо-физиологическим особенностям ножного музицирования, что обеспечивает естественное ненапряженное положение обеих ног музыканта и, в свою очередь, позволяет ему использовать руки для игры на другом "компактном" музыкальном инструменте (скрипка, флейта, гобой, гитара и т.д.), расширяя его исполнительские возможности.

На фиг.1 показан общий вид педальной клавиатуры "Гранд-педаль" сбоку.

На фиг.2 - устройство контактной пластины.

На фиг.3 - устройство обувного контактного элемента.

На фиг.4 - компоновка клавиш на рабочей поверхности педальной клавиатуры "Гранд-педаль".

На фиг. 5 - примеры расположения во взаимно перпендикулярных плоскостях центров и оснований клавиш горизонтального ряда по дугам с разными радиусами кривизны.

На фиг.6 - общий вид клавиатуры духового органа (прототип), вид сверху.

Заявляемая педальная клавиатура "Гранд-педаль" содержит педальную доску 1 с набором клавиш для извлечения звуков. Педальная доска имеет квадратную форму с размерами 50•50 см и вогнута со стороны исполнителя.

Основными функциональными единицами педальной клавиатуры являются неподвижная клавиша, выполненная в виде контактной пластины 2, и контактный элемент 3, прикрепляемый к обуви исполнителя (фиг.2 и 3).

Контактная пластина 2 представляет собой квадрат с коническим углублением к центру, что обеспечивает легкое нахождение контактом 3 центра пластины 2 и уменьшает вероятность ошибки при переносе носка обуви на другую клавишу.

Контактная пластина 2 состоит из главной контактной плоскости 4 и восьми контактных лепестков 5, расположенных по периметру пластины 2 и возвышающихся над крайними точками ее поверхности на 2 мм. Главная контактная плоскость 4 и контактные лепестки 5 электрически не связаны между собой и размещены на токонепроводящей основе.

Контактный элемент 3 состоит из металлического стержня 6 с наконечником 7 из эластичного токопроводящего материала для устранения побочных звуковых эффектов во время игры на "Гранд-педали".

Конструкция обувного контакта 3 закреплена на подошвенной стороне носков туфель. Специальные требования к обуви исполнителя не предъявляются. Обувные контакты 3 не мешают при ходьбе по сцене и практически незаметны из зрительного зала.

Контактные пластины 2 объединены в горизонтальные и вертикальные ряды. Организованный таким образом массив содержит 84 клавиши, 72 из которых - основные и 12 (два верхних ряда) - дублирующие. Дублирующие контактные пластины необходимы для уменьшения амплитуды движения стопы при игре в верхних, с геометрической точки зрения, отделах клавиатуры.

Расположение нот, извлекаемых на главной контактной плоскости клавиши, обозначено на фиг.4 числами от 01 до 72, соответствующими хроматически возрастающим звукам от ноты "До" контроктавы до ноты "Си" третьей октавы. С целью упрощения беглого визуального контроля за процессом игры главные контактные плоскости клавиш различаются по цвету в соответствии с традиционным делением музыкальных тонов на основные и альтерированные.

На рабочей поверхности "Гранд-педали" расположены два абсолютно идентичных массива из 84-х контактных пластин 2. Ширина каждого массива составляет 225 мм, а расстояние между ними - 45 мм. Данные параметры обеспечивают естественное, ненапряженное положение обеих ног музыканта, сидящего перед "Гранд-педалью", при стопах, расположенных над центральными осевыми линиями каждого из массивов. Дублирование для каждой ноги массива контактных пластин делает одинаково легким извлечение любой ноты звукового диапазона клавиатуры как левой, так и правой ногой.

Каждый из массивов расположен на плоскости, имеющей сложную пространственную деформацию, заданную пространственным сложением искривлений горизонтальных и вертикальных рядов контактных пластин. Это обеспечивает равноудаленное положение обувных контактов 3 от контактных пластин 2 при выполнении естественных и ненапряженных движений ног в коленных и голеностопных суставах.

Горизонтальные ряды имеют двойную кривизну (фиг.5), выражающуюся в том, что центры образующих их контактных пластин 2 расположены по дуге окружности большего радиуса, а основания - по дуге окружности меньшего радиуса. Данное искривление соответствует траектории перемещения обувного контакта при боковых движениях стопы, совершаемых за счет голеностопного сустава.

Основания контактных пластин 2, расположенных в крайних вертикальных рядах массивов (см. фиг.1), размещены по дуге окружности одного радиуса кривизны. В направлении центральных вертикальных рядов радиус кривизны возрастает в соответствии с искривлением горизонтальных рядов. Указанное искривление вертикальных рядов оптимизирует рабочую поверхность "Гранд-педали" к перемещениям стопы, совершаемым за счет движений в коленном суставе.

Данная форма педальной клавиатуры универсальна для людей разного роста. Индивидуальная адаптация клавиатуры к анатомическим особенностям исполнителя осуществляется:
- изменением угла наклона результирующей плоскости "Гранд-педали"; для этих целей служит опора 8 регулируемой высоты;
- изменением расстояния между сиденьем 9 и клавиатурой;
- изменением высоты плоскости сиденья 9.

Выше контактных пластин 2 расположены два ряда с кнопками 10 управления тембрами и регистрами, которые вписываются в общую кривизну клавишных массивов. Частью конструкции "Гранд-педали" является пюпитр 11, придающий изделию гармоничный и законченный вид (см. фиг.1).

Процесс игры на инструменте осуществляется следующим образом.

При прикосновении обувного контакта 3 к контактной пластине 2 обеспечивается срабатывание системы, состоящей из емкостного датчика и реле, коммутирующего электрические цепи, приводящие в действие звучащее устройство (не описывается, т.к. не является предметом изобретения).

Главная контактная плоскость 4 контактной пластины 2 предназначена для извлечения основной ноты данной клавиши. Дополнительные контактные лепестки 5 позволяют без отрыва обувного контакта 3 от главной контактной плоскости 4 путем его смещения к периферии квадрата извлекать одновременно с основной нотой данной клавиши любую из восьми вышерасположенных нот в интервале от большой секунды до большой сексты. Кроме того, обувной контакт 3 можно смещать, прикасаясь одновременно к двум смежным дополнительным контактным лепесткам 5, заставляя звучать одновременно три ноты. Таким образом, в соответствии с расположением дополнительных контактных лепестков 5 одной ногой можно извлекать следующие трезвучия: минорное, мажорное, увеличенное, минорный квартсекстаккорд, мажорный квартсекстаккорд, секундаккорд с пропущенным третьим звуком, секундаккорд без четвертого звука, уменьшенное трезвучие.

При помощи простых технических приспособлений "Гранд-педаль" может коммутироваться с любыми электронными музыкальными инструментами, используя их тембровые возможности, или с акустическими инструментами, имеющими электрическую трактуру (например, с духовым органом).

Автором создан действующий образец описанной педальной клавиатуры, названный им "Гранд-педаль", максимальные габариты которой в упакованном виде составляют 55•82•25 см.

Одним из перспективных направлений в использовании "Гранд-педали" является приобщение к музыкальному исполнительскому искусству инвалидов с нарушенной функцией верхних конечностей.

Педальная клавиатура "Гранд-педаль" для расширения исполнительских возможностей содержит педальную доску, выполненную в виде вогнутой со стороны исполнителя плоскости, на рабочей поверхности которой расположены объединенные в горизонтальные и вертикальные ряды клавиши, выполненные в виде контактных пластин для извлечения звуков путем взаимодействия с контактным элементом. 10 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Педальная клавиатура, содержащая педальную доску с набором клавиш, управляющих системой, приводящей в действие звучащее устройство, отличающаяся тем, что педальная доска выполнена в виде вогнутой со стороны исполнителя плоскости, на рабочей поверхности которой расположены объединенные в горизонтальные и вертикальные ряды клавиши, выполненные в виде контактных пластин для извлечения звуков путем взаимодействия с контактным элементом. 2. Педальная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что каждый контактный элемент выполнен в виде прикрепляемого к обуви исполнителя стержня с эластичным токопроводящим наконечником. 3. Педальная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что каждая контактная пластина выполнена с умеренным коническим углублением к центру и состоит из главной контактной плоскости и контактных лепестков, расположенных по периметру пластины. 4. Педальная клавиатура по пп. 1 и 3, отличающаяся тем, что главная контактная плоскость и контактные лепестки расположены на токонепроводящей основе с образованием промежутков между собой. 5. Педальная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что набор клавиш состоит из двух одинаковых массивов для извлечения звуков обеими ногами. 6. Педальная клавиатура по пп. 1 и 5, отличающаяся тем, что каждый из массивов расположен на плоскости, имеющей вогнутую форму, образованную пространственным сложением искривлений горизонтальных и вертикальных рядов клавиш, причем радиус кривизны горизонтальных рядов меньше радиуса кривизны вертикальных рядов. 7. Педальная клавиатура по пп. 1, 5 и 6, отличающаяся тем, что радиус кривизны вертикальных рядов клавиш возрастает от краев массива к его центру. 8. Педальная клавиатура по пп. 1, 5 и 6, отличающаяся тем, что центры клавиш, образующих горизонтальные ряды, расположены по дуге большего радиуса кривизны, а основания тех же клавиш - по дуге меньшего радиуса. 9. Педальная клавиатура по пп. 1 и 5, отличающаяся тем, что на педальной доске, выше горизонтальных рядов клавиш расположены два ряда кнопок управления тембрами и регистрами. 10. Педальная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена опорой регулируемой высоты. 11. Педальная клавиатура по п. 1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью коммутации с любыми электронными музыкальными инструментами или с акустическими музыкальными инструментами, имеющими электронную трактуру.